Síntesis de materiales reticulares metal-orgánicos para su aplicación como catalizadores heterogéneos con interés industrial y medioambiental

Abstract

En la presente tesis doctoral se ha estudiado la aplicación de los MOFs de las fa-milias MIL-101 y UiO-66 como catalizadores heterogéneos y su facilidad para ser modificados tanto sintéticamente como post-sintéticamente, bien sea intercambiando un porcentaje de metal del nodo, como modificando el ligando introduciendo grupos electrodadores o electroaceptores, demostrando además la posibilidad de combinar ambas estrategias. En particular, la tesis se centra en la aplicación de los MOFs como catalizadores heterogéneos para reacciones de oxidación aeróbica, como la oxidación de compuestos bencílicos, de dibenzotiofenos, de bencilaminas o de alquenos, y reacciones de catálisis ácido de Lewis como la reacción de Prins, la apertura de epóxidos o la acetalización. A la vista de los resultados obtenidos se ha demostrado que los MOFs son catali-zadores y promotores de reacciones de oxidación aeróbica que trascurren a través de especies reactivas de oxígeno como fundamentalmente hidroperóxido e hidroxilo sin sufrir degradación o descomposición. También, se ha demostrado, que estos materiales en las condiciones de reacción empleadas no sufren desactivación con los reusos, ya que no se produce prácticamente lixiviado de metal a la fase líquida durante las reac-ciones y además mantienen la cristalinidad después de varios cíclos catalíticos. Además, se ha observado que la presencia de sustituyentes fuertemente aceptores de electrones aumentan la actividad catalítica de estos materiales para reacciones que implican los átomos metálicos, bien sea ácido-base o reacciones de oxidación aeróbica.

En la present tesis doctoral se ha estudiat l'aplicació dels MOFs de les famílies MIL-101 y UiO-66 com a catalitzadors heterogenis y la seua facilitat per a ser modifi-cats tant sintèticament como post-sintèticament, be siga intercanviant un percentatge de metall del node, como modificant el lligand introduint grups electrodadors o elec-troaceptors, demostrant a més la possibilitat de combinar ambdues estratègies. En particular, la tesis es centra en la aplicació dels MOFs como a catalitzadors heterogenis per a reaccions d'oxidació aeròbica, como l'oxidació de compostos bencí-lics, de dibenzotiofens, de bencilamines o d'alquens, y reaccions de catàlisis d'àcid de Lewis com la reacció de Prins, la apertura de epòxids o la acetalització. En vista dels resultats obtinguts s'ha demostrat que els MOFs son catalitzadors y promotors de reaccions d'oxidació aeròbica que tenen lloc a través d'espècies reactives d'oxigen com fonamentalment hidroperòxid e hidroxil sense sofrir degradació o des-composició. També, s'ha demostrat, que estos materials en les condicions de reacció empleades no experimenten desactivació amb els reusos, ja que no es produeix pràcti-cament lixiviat de metall a la fase líquida durant les reaccions i a més, mantenen la cristalinitat després de diversos cicles catalítics. A més, s'ha observat que la presència de substituents fortament acceptors d'electrons augmenten l'activitat catalítica d'estos materials per a reaccions que impli-quen els àtoms metàl·lics, be siga àcid-base o reaccions d'oxidació aeròbica. ¿

In the present doctoral thesis, we study the application of the MOFs MIL-101 and UiO-66 families as heterogeneous catalysts and their ease to be modified both syn-thetically and post-synthetically, either by exchanging a percentage of the metal of the node, as modifying the ligand introducing electron donors or electron acceptors groups, demonstrating also the possibility of combining both strategies. Particularly, the thesis focuses on the application of MOFs as heterogeneous cata-lysts for aerobic oxidation reactions, such as the oxidation of benzylic compounds, dibenzothiophenes, benzylamines or alkenes, and Lewis acid catalysis reactions such as Prins reaction, ring opening of epoxies or acetalization of benzaldehyde. In view of the results obtained, it has been demonstrated that MOFs are catalysts and promoters of aerobic oxidation reactions that pass through reactive oxygen species such as hydroperoxide and hydroxyl without suffering degradation or decomposition. Also, it has been demonstrated that these materials under the reaction conditions used do not undergo deactivation with reuse, since there is practically no leaching of metal to the liquid phase during the reactions and they also maintain the crystallinity after several catalytic cycles. In addition, it has been observed that the presence of strongly electron-accepting substituents increases the catalytic activity of these materials for reactions involving the metal atoms, either acid-base or aerobic oxidation reactions.